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ARP协议解码详解

一、ARP协议简介

ARP,全称Address Resolution Protocol,中文名为地址解析协议,它工作在数据链路层,在本层和硬件接口联系,同时对上层提供服务。

IP数据包常通过以太网发送,以太网设备并不识别32位IP地址,它们是以48位以太网地址传输以太网数据包。因此,必须把IP目的地址转换成以太网目的地址。在以太网中,一个主机要和另一个主机进行直接通信,必须要知道目标主机的MAC地址。但这个目标MAC地址是如何获得的呢?它就是通过地址解析协议获得的。ARP协议用于将网络中的IP地址解析为的硬件地址(MAC地址),以保证通信的顺利进行。

1.  ARP和RARP报头结构

ARP和RARP使用相同的报头结构,如图1所示。

硬件类型 协议类型
硬件地址长度 协议长度 操作类型
发送方的硬件地址(0-3字节)
源物理地址(4-5字节) 源IP地址(0-1字节)
源IP地址(2-3字节) 目标硬件地址(0-1字节)
目标硬件地址(2-5字节)
目标IP地址(0-3字节)

(图1 ARP/RARP报头结构)

  • 硬件类型字段指明了发送方想知道的硬件接口类型,以太网的值为1;
  • 协议类型字段指明了发送方提供的高层协议类型,IP为0800(16进制);
  • 硬件地址长度和协议长度指明了硬件地址和高层协议地址的长度,这样ARP报文就可以在任意硬件和任意协议的网络中使用;
  • 操作字段用来表示这个报文的类型,ARP请求为1,ARP响应为2,RARP请求为3,RARP响应为4;
  • 发送方的硬件地址(0-3字节):源主机硬件地址的前3个字节;
  • 发送方的硬件地址(4-5字节):源主机硬件地址的后3个字节;
  • 发送方IP(0-1字节):源主机硬件地址的前2个字节;
  • 发送方IP(2-3字节):源主机硬件地址的后2个字节;
  • 目的硬件地址(0-1字节):目的主机硬件地址的前2个字节;
  • 目的硬件地址(2-5字节):目的主机硬件地址的后4个字节;
  • 目的IP(0-3字节):目的主机的IP地址。

2.ARP和RARP的工作原理

ARP的工作原理如下:

  1. 首先,每台主机都会在自己的ARP缓冲区 (ARP Cache)中建立一个 ARP列表,以表示IP地址和MAC地址的对应关系。
  2. 当源主机需要将一个数据包要发送到目的主机时,会首先检查自己 ARP列表中是否存在该 IP地址对应的MAC地址,如果有﹐就直接将数据包发送到这个MAC地址;如果没有,就向本地网段发起一个ARP请求的广播包,查询此目的主机对应的MAC地址。此ARP请求数据包里包括源主机的IP地址、硬件地址、以及目的主机的IP地址。
  3. 网络中所有的主机收到这个ARP请求后,会检查数据包中的目的IP是否和自己的IP地址一致。如果不相同就忽略此数据包;如果相同,该主机首先将发送端的MAC地址和IP地址添加到自己的ARP列表中,如果ARP表中已经存在该IP的信息,则将其覆盖,然后给源主机发送一个 ARP响应数据包,告诉对方自己是它需要查找的MAC地址;
  4. 源主机收到这个ARP响应数据包后,将得到的目的主机的IP地址和MAC地址添加到自己的ARP列表中,并利用此信息开始数据的传输。如果源主机一直没有收到ARP响应数据包,表示ARP查询失败。

RARP的工作原理如下:

  1. 发送主机发送一个本地的RARP广播,在此广播包中,声明自己的MAC地址并且请求任何收到此请求的RARP服务器分配一个IP地址;
  2. 本地网段上的RARP服务器收到此请求后,检查其RARP列表,查找该MAC地址对应的IP地址;
  3. 如果存在,RARP服务器就给源主机发送一个响应数据包并将此IP地址提供给对方主机使用;
  4. 如果不存在,RARP服务器对此不做任何的响应;
  5. 源主机收到从RARP服务器的响应信息,就利用得到的IP地址进行通讯;如果一直没有收到RARP服务器的响应信息,表示初始化失败。

二、解码详解

了解了ARP和RARP协议的报头结构和工作原理后,我们使用科来网络分析系统抓取ARP包,其详细解码,如图1,

图1 科来网络分析系统中ARP请求包详细解码

图1显示是一个ARP的请求包的解码,下面我们来详细说明:

  • 硬件类型:1,表示硬件借口类型为以太网类型
  • 协议类型:0x0800,表示发送方提供的高层协议类型是IP
  • 硬件地址长度:表示硬件地址长度为6字节=48位
  • 协议地址长度:表示IP地址长度为4字节=32位
  • 操作类型:1,表示ARP请求
  • 源物理地址:00:14:85:CA:F5:22
  • 源IP地址:168.0.92
  • 目标物理地址:00:00:00:00:00:00
  • 目标IP地址:168.0.208

ARP回应包和RARP的包类似,我们在这里就不再重复说明。

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